Power Profiler Kit II 滯回比較器在硬件電流采樣量程切換上的應用

24c01硬件電子 1星期前 281 閱讀 4 贊 5 收藏 0 評論

本期分享的電路是Power Profiler Kit II上的電路，電路圖是產品及技術參數如下所示：

常規我們做電流采樣的量程切換通常是使用單片機的IO控制開關（例如MOS或繼電器等）來切換采樣電阻。例如下圖中之前分析的幾個電路都是采用軟件檢測電流然后IO去控制MOS管做采樣電阻的切換來切換電流測量量程：

而本期的Power Profiler Kit II采用的是硬件切換，其采用了滯回比較器作為量程切換，從而不需要IO控制開關做切換（可能切換速度相對軟件IO去切換更快）。所以在電路分析之前，我們需要簡單了解一下滯回比較器，常規比較器由于沒有引入正反饋，所以只存在一個判決門限，比如下圖中，當V+大于1.25V則輸出電壓為高電平；當V-小于1.25V則輸出電壓為低電平。

而滯回比較器通過引入正反饋的機制，將輸出端的一部分電壓反饋回去，從而達到滯回比較的目的，這部分內容不贅述，使用疊加定理或者基爾霍夫電流電壓定律都可以求解：

本期要分析的電路主要是這個滯回比較器來控制采樣電阻的切換部分，整體的采樣電阻和信號調理電路圖如下所示：

首先看采樣電阻部分，電路采用的五顆不同的采樣電阻，對應五個量程，如下所示，當電流最小檔位200nA~50uA時，PMOS均為關斷，當第二檔50uA~500uA時，PMOS Q5導通，R42和R41并聯大概采樣電阻為99.09Ω（忽略導通Rdson的話），從而改變采樣電阻，以此類推其他三個檔位：

然后儀表放大器將采樣電阻兩端的電壓放大40倍，下圖中的儀表放大器的增益大概為40.095倍。可以看到，放大40倍后，每個檔位對應的電壓范圍是：

基本是第一個檔位是8mV~2V，第二、三、四個檔位0.2V~2V，第五個檔位時0.1V~2V。手冊里的電流量程范圍的劃分是估算的值（因為我們通過計算也可以看到，如果按照嚴格手冊去計算，量程是不對的，根據后邊的滯回比較器可以計算出實際的量程劃分。）

當上電時，首先第一個1k的大采樣電阻起作用，所有的比較器輸出都是高電平，從而第一個比較器的判決門限是2.02V（所以也和剛才計算的2V量程范圍一致），也就是第一個量程只要超出，就會導致第一個比較器輸出低電平（進入第二個量程50uA~500uA）。下圖為判決門限的仿真：

然后假如超過了2V，就會導致進入第二個量程范圍，也就是第一個比較器輸出低電平（-2V），MOS管Q5導通，然后采樣電阻變為R41//R42。

此時比較器那邊輸出是如下所示，可以看到由于第一個比較器輸出改變為了-2V，所以第一個比較器的判決門限也會隨之改變為0.2V，也就是如果此時儀表放大器輸出小于0.2V，那么電路就會從第二個量程范圍切換到第一個量程范圍；第二個比較器的判決門限也因為第一個比較器的輸出變化而改變為了2V，也就是只要儀表放大器輸出大于2V，那么第二個比較器就會輸出低電平，從而讓MOS管Q7導通，進入第三個量程，判決門限仿真如下：